Бактерии ориентируются на поверхностях с помощью «чувства осязания»

Болезнетворные бактерии, такие как Pseudomonas aeruginosa, перемещаются по поверхностям с помощью «дергающейся» (twitching) подвижности. Известно, что её обеспечивают нанометровые филаменты — пили IV типа, но сигналы, координирующие это движение, оставались неясными.

Исследователи из EPFL обнаружили, что бактерии Pseudomonas используют механизм, аналогичный нашему чувству осязания, для навигации. «Это исследование меняет наше представление о подвижности бактерий», — говорит старший автор работы Александер Перса.

Ранее было известно, что клетки животных могут направлять своё движение в сторону более жёстких или мягких поверхностей, но для бактерий этот механизм не был изучен, так как основные работы фокусировались на хемотаксисе — движении к химическим веществам.

Лаборатория Перса изучает, как бактерии ощущают и реагируют на механические силы. Ранее было показано, что пилус Pseudomonas работает как гарпун: после контакта с поверхностью он активирует молекулярный мотор, который втягивает филамент, продвигая клетку вперёд.

Чтобы понять, что координирует моторы пилей, учёные из EPFL и Калифорнийского университета в Сан-Франциско проанализировали движение отдельных бактерий на поверхностях. Они предположили, что сеть белков Chp system регулирует «дергание», и изучили мутантные бактерии с удалёнными компонентами этой системы. Одни мутанты едва двигались, постоянно дёргаясь взад-вперёд, другие всегда двигались вперёд, даже сталкиваясь с препятствием.

С помощью флуоресцентных меток и микроскопии одиночных пилей в живых клетках исследователи выяснили, что один белок-мессенджер активирует выдвижение пилей (движение вперёд), а другой — ингибирует их образование в передней части клетки. «Активатор локализуется спереди, где клетка ощущает поверхность пилями, а ингибитор — во всех остальных частях», — поясняет соавтор Марко Кюн.

Когда бактерия натыкается на препятствие, ингибитор позволяет ей остановиться и сменить направление. «Это помогает клеткам ориентироваться на основе того, что они чувствуют впереди — подобно тому, как незрячий человек использует трость», — говорит Перса. Эта способность полезна при коллективном движении, помогая бактериям ползти в одном направлении.

Результаты, опубликованные в PNAS, проливают свет на механизм движения бактерий и могут иметь значение для медицины. Pseudomonas aeruginosa — оппортунистический патоген, частая причина внутрибольничных инфекций. Его скопления образуются на поверхностях (катетеры, респираторы) и могут быть крайне устойчивы к дезинфектантам и антимикробным препаратам.

Кроме того, предыдущие работы лаборатории Перса показали, что Pseudomonas использует пили для регуляции секреции токсинов. Поэтому понимание «чувства осязания» бактерий может помочь в разработке новых терапевтических стратегий.

Следующая цель — выяснить, как бактерии преобразуют механический стимул в клеточный ответ. «Нам хотелось бы понять молекулярный механизм, лежащий в основе этого чувства», — говорит соавтор Лоренцо Тала.